Teoria cinetică moleculară

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 29 decembrie 2020; verificările necesită 17 modificări .

Teoria molecular-cinetică ( MKT ) este o teorie care a apărut în secolul al XIX-lea și are în vedere structura materiei, în principal a gazelor, din punctul de vedere a trei prevederi principale aproximativ corecte:

toate corpurile sunt formate din particule: atomi , molecule și ioni ;
particulele sunt în mișcare haotică continuă (termică);
particulele interacționează între ele prin ciocniri absolut elastice .

MKT a devenit una dintre cele mai de succes teorii fizice și a fost confirmată de o serie de fapte experimentale. Principalele dovezi ale prevederilor TIC au fost:

Difuzie
Mișcarea browniană
Modificarea stării de agregare a materiei

Pe baza MKT, au fost dezvoltate o serie de secțiuni ale fizicii moderne, în special cinetica fizică și mecanica statistică . În aceste ramuri ale fizicii nu sunt studiate doar sistemele moleculare (atomice sau ionice), care nu sunt doar în mișcare „termică”, și interacționează nu numai prin ciocniri absolut elastice. Termenul de teorie molecular-cinetică nu este practic folosit în fizica teoretică modernă , deși se găsește în manualele pentru cursurile de fizică generală.

Istoria teoriei

Teoria lui M. V. Lomonosov [1] [2] a servit drept început al formării MKT . Lomonosov a respins empiric teoriile caloricului și ale flogistului, pregătind astfel teoria cinetică moleculară a secolului al XIX-lea de Rudolf Clausius , Ludwig Boltzmann și James Maxwell .

Ecuația de bază a MKT

$p={\frac {1}{3}}m_{0}nv^{2}$ , unde este masa unei molecule de gaz, n este concentrația moleculelor și este viteza pătrată medie a moleculelor. $m_{0}$ $v^2$

Ecuația de bază a MKT conectează parametrii macroscopici ( presiune , volum , temperatură ) ai unui sistem de gaz cu cei microscopici (masa moleculelor, viteza medie de mișcare a acestora).

Expresia relativistă pentru această formulă este următoarea: [3] unde este densitatea materiei în mișcare, este viteza luminii , este factorul Lorentz . $p={\frac {2\rho c^{2}(\gamma -1)}{3}}={\frac {2\rho c^{2}}{3}}\left({ \frac {1}{\sqrt {1-v^{2}/c^{2))))-1\right)\aprox {\frac {\rho v^{2}}{3)),$ $\rho =m_{0}n$ $c$ $\gamma ={\frac {1}{\sqrt {1-v^{2}/c^{2)}})$

Derivarea ecuației de bază a MKT

Să existe un vas cubic cu o lungime a muchiei și o particulă de masă în el. $l$ $m$

Să desemnăm viteza de mișcare , apoi înainte de ciocnirea cu peretele vasului , impulsul particulei este și după - , deci impulsul este transferat pe perete . Timpul după care particula se ciocnește de același perete este egal cu . $v_{x}$ $mv_{x)$ $-mv_{x)$ $p=2mv_{x)$ $t={\frac {2l}{v_{x}}}$

Asta implică:

F_{x}={\frac {p}{t}}={\frac {2mv_{x}^{2}}{2l}}

Din moment ce presiune , deci forță $p={\frac {F}{S}}$ $F=p*S$

Înlocuind, obținem: $p_{x}S={\frac {mv_{x}^{2}}{l}}$

După ce s-a convertit: $p_{x}={\frac {mv_{x}^{2}}{lS}}$

Din moment ce luăm în considerare un vas cubic, atunci $V=Sl$

De aici:

$p_{x}={\frac {mv_{x}^{2}}{V}}$ .

În consecință , și $p_{y}={\frac {mv_{y}^{2}}{V}}$ $p_{z}={\frac {mv_{z}^{2}}{V}}$

Astfel, pentru un număr mare de particule, este adevărat: , în mod similar pentru axele y și z. $P_{x}=N{\frac {m{\bar {v_{x}^{2}))){V))$

Pentru că , atunci . Acest lucru rezultă din faptul că toate direcțiile de mișcare ale moleculelor într-un mediu haotic sunt la fel de probabile. ${\displaystyle v^{2}=v_{x}^{2}+v_{y}^{2}+v_{z}^{2))$ ${\bar {v_{x}^{2}}}={\bar {v_{y}^{2}}}={\bar {v_{z}^{2}}}={\ frac {1}{3}}{\bar {v^{2}}}$

De aici $P_{x}=P_{y}=P_{z}=P={\frac {Nm{\bar {v^{2})}){3V))$

sau . $PV={\frac {N}{3}}m{\bar {v^{2}}}$

Fie - valoarea medie a energiei cinetice a unei molecule, atunci: $\,E_{k)$

$PV={\frac {2}{3}}NE_{k}={\nu }RT$ , de unde, folosind ce ( cantitatea de substanță ), și , avem . ${\nu }={\frac {N}{N_{A}}}$ $R=N_{A}k$ ${E_{k}}={\frac {3}{2}}kT$

Ecuația vitezei pătrate medie a unei molecule

Ecuația pentru viteza pătrată medie a unei molecule este ușor derivată din ecuația de bază MKT pentru un mol de gaz.

$E_{k}={\frac {1}{2}}m{\bar {v^{2}}}={\frac {3}{2}}kT$ ,

$N_{a}m=M_{r}$ , unde este masa molară a gazului , este masa moleculei de gaz. $Domnul$ $m$

Prin urmare, în sfârșit

${\bar {v}}={\sqrt {\frac {3kTN_{A}}{M_{r}}}}={\sqrt {\frac {3kT}{m}}}$ [patru]

Vezi și

Note

↑ Figurovsky N. A. Eseu despre istoria generală a chimiei. Din cele mai vechi timpuri până la începutul secolului al XIX-lea. — M.: Nauka, 1969
↑ Mihail Vasilievici Lomonosov. Lucrări alese în 2 volume. M.: Știință. 1986
↑ Fedosin, SG Potențialele câmpului de accelerație și câmpului de presiune în sistem uniform relativist rotativ : [ ing. ] // Mecanica continuumului si termodinamica : jurnal. - 2021. - Vol. 33, nr. 3. - P. 817-834. - Cod biblic . - doi : 10.1007/s00161-020-00960-7 . // Potențialele câmpului de accelerație și câmpurile de presiune într-un sistem omogen relativist rotativ Arhivat 25 ianuarie 2021 la Wayback Machine .
↑ Sivukhin D.V. Termodinamică și fizică moleculară // Curs general de fizică. - M . : Nauka, 1975. - T. II. - S. 258. - 38.000 de exemplare.

Literatură

Teoria cinetică a gazelor // Brockhaus and Efron Encyclopedic Dictionary : în 86 de volume (82 de volume și 4 suplimentare). - Sankt Petersburg. , 1890-1907.
Girshfeld J., Curtiss Ch., Byrd R. Teoria moleculară a gazelor și lichidelor. M., 1961
Frenkel Ya. I. Teoria cinetică a lichidelor. L., 1975
Kikoin A. K., Kikoin I. K. Fizica moleculară . M., 1996

Dicționare și enciclopedii

mare danez
Mare norvegian
Rusă mare
Brockhaus și Efron
in jurul lumii
Micul Brockhaus și Efron
Britannica (online)

În cataloagele bibliografice
BNF : 12654028v GND : 4163881-5 J9U : 987007560587405171 LCCN : sh85053402 NDL : 00566026 NKC : ph121583